Thời tiết, khí hậu là gì? Các nhân tố hình thành khí hậu

1. Thời tiết là gì?

Trong khí quyển thường xuyên xảy ra những quá trình vật lí, những quá trình này không ngừng làm biến đổi trạng thái của nó. Trạng thái của khí quyển ở gần mặt đất và ở những tầng thấp hơn (thường là trong môi trường hoạt động của hàng không) gọi là thời tiết.

Thời tiết dùng để diễn tả trạng thái của bầu khí quyển tại một địa điểm trong một thời gian nhất định, có thể là một giờ, một buổi, một ngày hay vài tuần. Ví dụ: Thời tiết hôm nay là mưa phùn, gió nhẹ.

Những đặc trưng của thời tiết như: nhiệt độ không khí, khí áp, độ ẩm, lượng mây, giáng thủy, gió và các hiện tượng dông, bão, sương mù, gió tây khô nóng được gọi là những yếu tố khí tượng. Thời tiết luôn luôn thay đổi, ví dụ, trời có thể mưa hàng tiếng liền và sau đó lại hửng nắng.

Những sự biến đổi của thời tiết ở gần mặt đất có ý nghĩa lớn đối với nông nghiệp và các lĩnh vực kinh tế khác của con người. Thời tiết ở những tầng khí quyển cao hơn ảnh hưởng đến hoạt động của hàng không. Cần lưu ý là những quá trình khí quyển ở các độ cao khác nhau có liên quan với nhau. Vì vậy, để nghiên cứu thời tiết gần mặt đất một cách toàn diện ta cần nghiên cứu cả các tầng khí quyển ở cao hơn. Trạng thái khí quyển ở tầng cao hơn là đối tượng của cao không học.

2. Khí hậu là gì?

Ở mỗi nơi trên Trái Đất, trong những năm khác nhau, thời tiết diễn ra khác nhau, song trong sự khác biệt của thời tiết hàng ngày, hàng tháng, hàng năm ở mỗi địa phương, ta vẫn có thể phân biệt được một loại khí hậu hoàn toàn xác định.

Khí hậu là tập hợp của những điều kiện khí quyển đặc trưng cho mỗi địa phương và phụ thuộc hoàn toàn vào hoàn cảnh địa lí của địa phương. Hoàn cảnh địa lí không những chỉ vị trí của địa phương tức là vĩ độ, kinh độ và độ cao trên mực biển mà còn chỉ đặc điểm của mặt đất, địa hình, lớp phủ thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật v.v…

Những điều kiện khí quyển ít nhiều biến thiên trong quá trình một năm: từ mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông. Tập hợp những điều kiện khí quyển đó ít nhiều biến đổi từ năm này sang năm khác. Những sự biến đổi này có đặc tính dao động lân cận giá trị trung bình nhiều năm. Như vậy khí hậu có đặc tính ổn định.

Khí hậu là mức độ trung bình của thời tiết trong một không gian nhất định và trong khoảng thời gian dài (thường là 30 năm). Khí hậu mang tính ổn định tương đối. Ví dụ: Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa.

Cũng chính vì vậy, khí hậu là một trong những đặc trưng địa lí tự nhiên của địa phương, một trong những thành phần cảnh quan của địa lí. Mặt khác, giữa các quá trình khí quyển và trạng thái mặt đất (kể cả đại dương thế giới ) có những mối liên quan chặt chẽ nên khí hậu cũng liên quan với những đặc điểm địa lí và các thành phần cảnh quan địa lí khác.

Khí hậu cũng bao gồm cả những thông tin về các sự kiện thời tiết khắc nghiệt – như bão, mưa lớn, những đợt nắng nóng vào mùa hè và rét đậm vào mùa đông – xảy ra tại một vùng địa lí cụ thể. Đây chính là những thông tin giúp chúng ta phân biệt khí hậu của những vùng có những điều kiện thời tiết trung bình tương tự nhau.

3. Các nhân tố hình thành khí hậu

a/ Tuần hoàn nhiệt

Khí hậu được xác định bởi các vòng tuần hoàn cơ bản đó là tuần hoàn nhiệt, tuần hoàn ẩm và hoàn lưu khí quyển gọi là các quá trình hình thành khí hậu. Thực chất của tuần hoàn nhiệt tạo nên chế độ nhiệt của khí quyển như sau:

Khí quyển, hấp thụ một phần các tia mặt trời xuyên qua nó và biến chúng thành nhiệt, một phần khuếch tán và làm biến đổi thành phần quang phổ của chúng.

Nhiệt độ không khí thường gây cảm giác nóng hay lạnh và có tầm quan trọng rất lớn đối với đời sống trên Trái Đất nói chung và đời sống hoạt động kinh tế của con người nói riêng.

Sự biến đổi của nhiệt độ không khí trong quá trình một ngày và trong quá trình một năm phụ thuộc vào sự quay của Trái Đất và sự biến thiên của thông lượng bức xạ mặt trời, liên quan với chuyển động quay đó. Song nhiệt độ không khí biến đổi không điều hoà, không có chu kì do không khí chuyển động không ngừng từ nơi này đến nơi khác trên Trái Đất. Sự phân bố của nhiệt độ không khí trên Trái Đất phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện chung theo đới của thông lượng bức xạ mặt trời, phụ thuộc vào sự phân bố lục địa và biển (vì biển và lục địa hấp thụ bức xạ và được đốt nóng khác nhau). Và cuối cùng, phụ thuộc vào những dòng khí thịnh hành đem không khí từ khu vực này đến khu vực khác của Trái Đất.

Tuy nhiên, nhiệt độ không khí và nước chỉ được xác định như động năng trung bình (tốc độ trung bình) của tất cả các phân tử khí và nước. Nhiệt độ cho chúng ta biết trạng thái “nóng” hay “lạnh” của vật, nhiệt độ không cho ta biết nội năng của vật có được (bao gồm cả thế năng và động năng). Với cùng nhiệt độ, vật có khối lượng lớn hơn có năng lượng lớn hơn. Trong khí quyển và đại dương, nhiệt như một dạng năng lượng được vận chuyển trong các quá trình truyền nhiệt phân tử và truyền nhiệt rối và trong quá trình đối lưu. Do nước có nhiệt dung lớn hơn đất 5 lần và không khí 3 lần nên khối nước biển chậm bị đốt nóng và làm lạnh và sự biến đổi nhiệt độ nhỏ hơn so với đất liền và có khả năng tích luỹ năng lượng nhiều hơn đất và không khí. Chính vì vậy, biển có tác động rất lớn đến thời tiết và khí hậu. Trên hình là sơ đồ mô tả các thành phần trong tuần hoàn nước.

b/ Tuần hoàn ẩm

Ngoài tuần hoàn nhiệt, giữa khí quyển và mặt đất thường xuyên diễn ra tuần hoàn nước hay tuần hoàn ẩm. Nước từ bề mặt đại dương và các vùng chứa nước, từ thổ nhưỡng ẩm và thực vật bốc hơi vào khí quyển. Quá trình này được thổ nhưỡng và các lớp nước trên cùng cung cấp một lượng nhiệt lớn. Hơi nước – nước trong trạng thái hơi, là một thành phần quan trọng của không khí khí quyển. Trong các điều kiện khí quyển hơi nước có thể biến đổi ngược lại, nó ngưng kết, tụ lại, kết quả là mây và sương mù xuất hiện. Do quá trình ngưng tụ, một lượng ẩn nhiệt lớn toả ra trong khí quyển, với những điều kiện nhất định, nước sẽ rơi xuống từ mây. Trở về mặt đất, nếu tính chung cho toàn Trái Đất, lượng giáng thủy cân bằng với lượng bốc hơi.

Lượng giáng thủy và sự phân bố của nó theo mùa có ảnh hưởng đến lớp thổ nhưỡng và việc trồng cây. Điều kiện dòng chảy, chế độ sông, mực nước hồ và các hiện tượng thủy văn khác cũng phụ thuộc vào sự phân bố và biến thiên của lượng giáng thủy.

c/ Hoàn lưu khí quyển

Sự phân bố nhiệt không đều trong khí quyển dẫn tới sự phân bố không đều của khí áp. Chuyển động không khí hay các dòng khí lại phụ thuộc vào sự phân bố của khí áp.

Đặc tính của chuyển động không khí tương ứng với mặt đất chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện là chuyển động này xảy ra trên Trái Đất quay. Ở những tầng dưới cùng của khí quyển, chuyển động của không khí còn chịu ảnh hưởng của ma sát. Chuyển động của không khí tương ứng với mặt đất gọi là gió.

Toàn bộ hệ thống những dòng khí quy mô lớn trên Trái Đất là hoàn lưu chung khí quyển. Chuyển động xoáy cỡ lớn như xoáy thuận và xoáy nghịch thường xuyên xuất hiện trong khí quyển, làm cho hệ thống hoàn lưu này trở nên rất phức tạp. Những sự biến đổi cơ bản của thời tiết có liên quan với sự di chuyển của không khí trong hoàn lưu chung khí quyển, vì các khối khí di chuyển từ khu vực này sang khu vực khác mang theo những điều kiện mới của nhiệt độ, độ ẩm, lượng mây và các yếu tố khác.

Ngoài hoàn lưu chung, trong khí quyển còn có hoàn lưu địa phương quy mô nhỏ hơn nhiều như gió đất – gió biển (brizơ), gió núi – thung lũng và các loại gió khác. Các xoáy mạnh cỡ nhỏ như lốc, vòi rồng cũng thường xuất hiện.

Gió gây sóng trên mặt nước, các dòng chảy đại dương và hiện tượng băng trôi. Gió là nhân tố quan trọng trong quá trình xói mòn và tạo thành địa hình.

d/ Sự hình thành khí hậu

Các quá trình hình thành khí hậu phát triển trong các hoàn cảnh địa lí khác nhau. Do đó, những đặc điểm cụ thể của những quá trình này và các loại khí hậu liên quan với chúng được xác định bởi những nhân tố địa lí của khí hậu như: vĩ độ, sự phân bố lục địa và biển, cấu trúc của bề mặt lục địa (nhất là địa hình qui mô lớn), thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật, lớp tuyết phủ, băng biển, dòng biển,. Sự phân bố của các điều kiện khí hậu trên Trái Đất phụ thuộc vào sự phân bố của các nhân tố địa lí đó.

Những điều kiện đặc biệt, gọi là những điều kiện vi khí hậu, thường quan sát thấy ở tầng không khí dưới cùng gần mặt đất, nơi sinh trưởng của cây trồng. Ở đây, những đặc điểm của chế độ khí quyển chịu ảnh hưởng của các đặc điểm trong cấu trúc và trạng thái của mặt đất.

Khí hậu có những sự biến thiên đáng kể, thậm chí rất lớn qua các thời đại địa chất. Những sự biến thiên này liên quan với sự biến đổi trong cấu trúc của mặt đất và thành phần không khí khí quyển cũng như do những nguyên nhân thiên văn khác như sự biến đổi trong sự quay của Trái Đất xung quanh Mặt Trời, sự biến đổi mật độ của vật chất trong không gian vũ trụ Cũng có thể chính là do sự biến đổi trong hoạt động của Mặt Trời. Những điều kiện khí hậu cũng dao động ít nhiều trong quá trình hàng nghìn, hàng trăm năm hay trong thời gian ngắn hơn. Hiện tượng nóng lên ở phần lớn Trái Đất thuộc miền vĩ độ cao và vĩ độ trung bình vào đầu thế kỷ 20. Rất có thể là hiện tượng này cũng xảy ra ở Nam bán cầu. Người ta thường liên hệ những dao động hiện tại của khí hậu này chủ yếu với sự biến đổi của hoàn lưu chung khí quyển, còn những sự biến đổi của hoàn lưu chung này, người ta lại liên hệ với sự biến đổi trong hoạt động Mặt Trời.

4. Các loại khí hậu trên Trái Đất

Khí hậu trên Trái Đất được chia thành nhiều loại và phân bố thành đối theo vĩ độ. Trong các đới lại có những khí hậu bờ đông, bờ tây, khí hậu hải dương và lục địa.

Các yếu tố nhiệt độ, khí áp, gió, độ ẩm, nước rơi (mưa) ở mỗi nơi trên Trái Đất kết hợp với nhau thành khí hậu của nơi ấy.

Trên Trái Đất, nhiệt độ được phân bố thành những đới, phân loại khí hậu theo các đới ấy, ta có các đới nóng, ôn hòa và lạnh; các khí hậu ấy lại chia ra thành sáu loại khí hậu khác nhau.

Trong một số khu vực, khí hậu có đới tính, ta thấy có những nét khác nhau khá lớn giữa bờ Tây và bồ Đông các lục địa, những nét ấy là do tuần hoàn của nước và của khí quyển đem đến làm phát sinh các loại khí hậu phi đới tính, bất chấp sự phân bố các yếu tố khí hậu theo vĩ độ, chẳng hạn như khí hậu gió mùa, khí hậu Địa Trung Hải, khí hậu ôn đới hải dương.

Mỗi khí hậu phi đối tính lại tùy theo khu vực gần hay xa đại dương mà có các kiểu khí hậu đại dương hay lục địa.

5. Chế độ nhiệt trên Trái Đất

a/ Đới nội chí tuyến

Nói chung ở giữa hai chí tuyến có nhiệt độ cao suốt năm, không có tháng nào dưới 18°c, nghĩa là không có mùa lạnh, nhiệt độ từ ngày sang đêm chênh nhiều, có thể đến 10 – 12°c. Trong năm thì chênh ít chỉ từ 6 – 10°c giữa lục địa và 1 – 3°c trên bờ biển. Nhiệt độ lên cao tới hai lần vào hai kỳ Mặt Trời lên thiên đỉnh.

b/ Đới cận chí tuyến

Gồm những miền nằm từ giới hạn đổi nội chí tuyến lên đến đường nối liền những địa điểm mà nhiệt độ trung bình không có tháng nào dưới 6°c. Nóng lạnh trong đổi này khá chênh lệch, thường từ 10 – 20°c ỏ giữa lục địa và khoảng 5°c ỏ gần bờ biển. Một năm chỉ có một lần nhiệt độ tối cao sau ngày hạ chí, nhưng nhiệt cao hơn nhiệt độ tối cao ở xích đạo.

c/ Ôn đới

Gồm những miền nằm giữa giới hạn của đới cận chí tuyến với đường nối liền những địa điểm mà một năm có sáu tháng nhiệt độ trung bình trên 6°c, ở đấy bốn mùa phân biệt rất rõ.

Trong đối này, phía tây các lục địa có chế độ hải dương, nóng lạnh ít chênh lệch, mùa xuân và mùa thu rất dài, ít nhất là nửa năm; sang phía đông thì chế độ lục địa, hai mùa hạ và đông rất dài, nhiệt độ chênh lệch cực đoan, biên độ hàng năm chênh lệch tới 22°c.

d/ Hàn đới

Hàn đới rải từ giói hạn ôn đới lên đến đường nối liền các địa điểm mỗi năm có ba tháng nhiệt độ trung bình trên 6°c, thường chỉ có 4 tháng trên 10°c gần như không có mùa hè, nhiệt độ trong ngày và trong năm đều lên xuống cực đoan.

e/ Cực đới

Cực đổi nằm trong giới hạn từ hàn đới lên cực. Suốt năm không mấy lúc nhiệt độ trên 10°c, thường là 0°c, dường như chỉ có một mùa đông vĩnh viễn, mặt đất toàn là băng tuyết.

Những miền núi cao ở ôn đới cũng có chế độ nhiệt như ở cực đới. Ớ xứ nóng, các núi cao lại có nhiệt độ trung bình thấp như mùa xuân ở ôn đới.

6. Phân bố nước mưa trên Trái Đất

1/ Ở hai bên xích đạo, có áp thấp và mưa quanh năm, có hai vụ mưa nhiều nhất sau khi Mặt Trời lên thiên đỉnh sau xuân phân và thu phân, đó là chế độ mưa xích đạo. Lượng mưa trung bình năm trên 2.000mm.

2/ Càng xa xích đạo mưa càng ít, hai vụ mưa theo Mặt Trời lên thiên đỉnh cách nhau vài tháng, nên giữa hai vụ mưa có một vụ khô ngắn, còn mùa lạnh là vụ khô dài. Càng xa xích đạo và càng gần chí tuyến thì hai lần Mặt Trời lên thiên đỉnh càng gần Khoảng từ 15° trở lên thì vụ khô ngắn ở giữa m ất đi, một năm chỉ có hai mùa: mùa khô và mùa mưa. Càng gần chí tuyến, mùa khô càng dài, từ 15° vĩ tuyến trở lên mưa không quá 1000mm.

3/ Có lượng mưa lớn nhất là chế độ mưa gió mùa nhiệt đới. Điển hình là miền Tserapunji (Ân Độ) thuộc chân núi Himalaia ở độ cao 1.250m mưa tới 12.665mm. Chế độ mưa gió mùa có mùa khô và mùa mưa rất rõ, 85 – 90% lượng mưa tập trung vào mấy tháng mùa mưa.

4/ Ở những khu vực quanh năm có áp cao cận chí tuyến phủ lên thì không mấy khi có mưa. Đó là chế độ mưa hoang mạc. Lượng mưa trung bình năm dưới 500mm.

5/ Các miền thuộc ôn đồi mà ở sát các hoang mạc thì mùa nóng có áp cao cận chí tuyến phủ lên, nên khô ráo. Trái lại mùa lạnh áp cao rút lui, các khí xoáy kéo đến và trú t mưa, những trận mưa ngắn nhưng to, phần nhiều là mưa dông, lượng nước có khi bằng lượng nước mưa cả tháng ở ôn đối; điển hình là ở ven Địa Trung Hải, chế độ mưa này gọi là chế độ mưa Địa Trung Hải. Lượng mưa dưới 1000mm.

Khu vực vĩ tuyến 40° đến gần cực không có áp cao phủ lên và có iron địa cực kéo qua, nên quanh năm lúc nào cũng có thể có mưa được. Mùa mưa và mùa khô không rõ rệt, chỉ có mùa mưa nhiều và mùa mưa ít, đó là đặc điểm của các chế độ mưa ôn đói (Hình dưới).

6/ Những miền ở bò Tây các lục địa có chế độ mưa ôn đới kiểu hải dương, gió tây đến thường xuyên trong năm khá nhiều, thường trên 200 ngày.

7/ Những miền xa biển thì vụ mưa giữa mùa lạnh là do khí xoáy đem đến, vụ mưa giữa mùa nóng thì do hơi nước bốc lên và mưa nhiều hơn, đó là chế độ mưa ôn đới kiểu lục địa.

8/ Ở bờ Đông các lục địa có chế độ mưa gió mùa ôn đới, tại đấy cũng mưa nhiều vào mùa hè, nhưng mùa đông không khô ráo hẳn, vì có mưa theo khí xoáy.

9/ Hai miền địa cực có áp cao phủ lên quanh năm lại có nhiệt độ rất thấp, mặt đất phủ băng nên bốc hơi rất kém, vì thế nước rơi cũng rất hiếm, đó là chế độ mưa địa cực.

(Nguồn tài liệu: Trần Công Minh, Giáo trình khí hậu và khí tượng học đại cương, 2007; Nguyễn Vi Dân, Cơ sở địa lý tự nhiên)